(57)【要約】  観察用プラグ１０２は、スパークプラグ本体５０と対物光学系１０と導光路群１６とを備えている。スパークプラグ本体５０は、燃焼室に位置する放電ギャップ６０において生じる放電により該燃焼室のガスに点火する。スパークプラグ本体５０には、軸方向に貫通する観察孔４が放電ギャップ６０からずれた位置に設けられている。対物光学系１０は、燃焼室に露出するように観察孔４に設けられ、観察対象領域に含まれる放電ギャップ６０に対面する入射面１０ａから入射した光の進路を曲げて、観察孔４内で観察対象領域の像を結像させる。導光路群１６は、観察孔４に設けられ、対物光学系１０が結像させる観察対象領域の像を複数に分離して伝送する。あ
2011040589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に位置する放電ギャップにおいて生じる放電により該燃焼室のガスに点火し、軸方向に貫通する観察孔が上記放電ギャップからずれた位置に設けられたスパークプラグ本体と、
上記燃焼室に露出するように上記観察孔に設けられ、観察対象領域に含まれる放電ギャップに対面する入射面から入射した光の進路を曲げて、上記観察孔内で上記観察対象領域の像を結像させる対物光学系と、
上記観察孔に設けられ、上記対物光学系が結像させる観察対象領域の像を複数に分離して伝送する導光路群とを備えている
ことを特徴とする観察用プラグ。
【請求項２】
請求項１において、
上記スパークプラグ本体は、上記放電ギャップを形成する中心電極及び接地電極を備える一方、
上記対物光学系では、上記接地電極の先端から上記中心電極の基端までの範囲を含むように上記観察対象領域が設定されている
ことを特徴とする観察用プラグ。
【請求項３】
請求項１又は２において、
上記対物光学系は、上記観察対象領域からの光が最初に入射して入射光の進路を曲げる偏向プリズムと、該偏向プリズムの出射光を結像させる結像レンズとにより構成されている
ことを特徴とする観察用プラグ。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１つにおいて、
上記導光路群は、全ての導光路について、上記対物光学系における光の入射面から導光路の出射端までの光路長が等しくなるように構成されている
ことを特徴とする観察用プラグ。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１つにおいて、
上記導光路群における隣接する導光路の間で、上記観察対象領域において光を取り込む領域が重複することを防止する重複防止手段を備えている
ことを特徴とする観察用プラグ。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１つにおいて、
上記スパークプラグ本体では、上記放電ギャップ周りの周方向において互いに異なる位置に上記観察孔が複数設けられ、
上記観察孔の各々に上記対物光学系と上記導光路群が設けられている
ことを特徴とする観察用プラグ。
【請求項７】
請求項６において、
各観察孔に設けられた複数の導光路群では、上記導光路の数が異なる導光路群が存在する
ことを特徴とする観察用プラグ。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１つに記載の観察用プラグと、
上記導光路群の出射光を分析して、上記観察対象領域の画像情報を作成する光分析装置とを備えている
ことを特徴とする点火観察システム。
【請求項９】
請求項８において、
上記光分析装置は、上記導光路群の出射光を複数の波長成分に分光し、該波長成分毎に上記観察対象領域の画像情報を作成する
ことを特徴とする点火観察システム。
【請求項１０】
請求項８又は９において、
上記光分析装置は、上記導光路群の出射光を受光する受光面に光を電気信号に変換する変換素子が複数配列された光センサを備え、
上記光センサでは、各変換素子が１つの導光路の出射光を受光する
ことを特徴とする点火観察システム。
【請求項１１】
請求項１０において、
上記光センサにおける全ての変換素子は、対応する導光路の出射端からの光路長が等しい
ことを特徴とする点火観察システム。
【請求項１２】
請求項８乃至１１の何れか１つにおいて、
上記光センサに参照光を照射する光源を備えている
ことを特徴とする点火観察システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室を観察するための観察用プラグ、及びその観察用プラグから取り込まれる光を分析する点火観察システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃焼室を観察するための観察用プラグが知られている。例えば、特許文献１には、可視化窓を通じて燃焼室内を撮像するための撮像素子が内蔵された点火プラグが開示されている。また、例えば特許文献２には、燃焼室内に露出するレンズ部が設けられた可視化用プラグと、ボアスコープ部を介してレンズ部に接続されたカメラとを有する筒内観察装置が開示されている。この筒内観察装置では、内燃機関の外部に配置したカメラにより燃焼室内が撮影される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２０６２８６号公報
【特許文献２】特開２００３−２０７４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、火花点火を行う内燃機関（例えば、自動車用ガソリンエンジンなど）では、火花放電が行われると、火炎核が形成されて成長し、火炎伝播へと移行する。火花放電の位置及び形状は、火炎核に影響を与える。火炎核の位置及び形状は、火炎伝播に大きな影響を与える。他方、火花放電及び火炎核の位置と形状は、時々刻々と変化するし、放電の度に変化する。そのため、火花放電及び火炎核の位置と形状を観察することが求められている。【０００５】
しかし、スパークプラグを通じて燃焼室を観察する従来の技術は、燃料の噴霧状態や燃焼状態を知るために燃焼室を全体的に観察するので、放電ギャップにおける火花放電及び火炎核の位置と形状を把握することが難しい。また、火炎核は、いわゆるブルー火炎である場合が多く、その光量が少ない。量子効率の低い撮像素子では、良好なＳ／Ｎ比を得ることができない虞があり、火炎核を撮像できない虞もある。【０００６】
本発明は上述の実情に鑑みなされたものであって、その目的は、燃焼室を観察するための観察用プラグにおいて、火花放電及び火炎核の位置と形状を良好に観察できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、燃焼室に位置する放電ギャップにおいて生じる放電により該燃焼室のガスに点火し、軸方向に貫通する観察孔が上記放電ギャップからずれた位置に設けられたスパークプラグ本体と、上記燃焼室に露出するように上記観察孔に設けられ、観察対象領域に含まれる放電ギャップに対面する入射面から入射した光の進路を曲げて、上記観察孔内で上記観察対象領域の像を結像させる対物光学系と、上記観察孔に設けられ、上記対物光学系が結像させる観察対象領域の像を複数に分離して伝送する導光路群とを備えている観察用プラグ。【０００８】
第１の発明では、スパークプラグ本体の放電ギャップで放電を生じると、放電ギャップを含む観察対象領域から発せられた光が、対物光学系の入射面に入射する。対物光学系は、内部で入射光の進路を曲げ、観察孔内で観察対象領域の像を結像させる。導光路群は、その入射端が対物光学系による結像面または結像面近傍に位置している。導光路群は、対物光学系が結像させる観察対象領域の像を複数に分離して伝送する。この第１の発明では、放電ギャップから発せられた光が放電ギャップに対面する入射面から取り込まれ、入射面から取り込まれた光を結像させた観察対象領域の像が複数に分離されて伝送される。【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、上記スパークプラグ本体が、上記放電ギャップを形成する中心電極及び接地電極を備える一方、上記対物光学系では、上記接地電極の先端から上記中心電極の基端までの範囲を含むように上記観察対象領域が設定されている。【００１０】
第２の発明では、観察対象領域が、接地電極の先端から中心電極の基端までの範囲を含んでいる。観察対象領域は、少なくとも接地電極の部材厚と中心電極の突出長の分だけは放電ギャップよりも広くなる。【００１１】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、上記対物光学系が、上記観察対象領域からの光が最初に入射して入射光の進路を曲げる偏向プリズムと、該偏向プリズムの出射光を結像させる結像レンズとにより構成されている。【００１２】
第３の発明では、対物光学系を偏向プリズムと結像レンズとにより構成している。【００１３】
第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、上記導光路群は、全ての導光路について、上記対物光学系における光の入射面から導光路の出射端までの光路長が等しくなるように構成されている。【００１４】
第４の発明では、全ての導光路について、対物光学系における光の入射面から導光路の出射端までの光路長が等しい。そのため、対物光学系に入射した光は、同期して導光路から出射される。【００１５】
第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、上記導光路群における隣接する導光路の間で、上記観察対象領域において光を取り込む領域が重複することを防止する重複防止手段を備えている。【００１６】
第５の発明では、導光路群における隣接する導光路の間で、観察対象領域において光を取り込む領域が重複することが防止される。【００１７】
第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、上記スパークプラグ本体では、上記放電ギャップ周りの周方向において互いに異なる位置に上記観察孔が複数設けられ、上記観察孔の各々に上記対物光学系と上記導光路群が設けられている。【００１８】
第６の発明では、放電ギャップ周りの周方向において互いに異なる位置に設けられた複数の観察孔のそれぞれに、対物光学系と導光路群が設けられている。放電ギャップで発せられた光は、複数の方向から取り込まれる。【００１９】
第７の発明は、第６の発明において、各観察孔に設けられた複数の導光路群では、上記導光路の数が異なる導光路群が存在する。【００２０】
第７の発明では、複数の導光路群において、導光路の数が異なる導光路群が存在している。導光路群の導光路数は、放電ギャップを観察する方向に応じて使い分けられる。【００２１】
第８の発明は、第１乃至第７の何れか１つの観察用プラグと、上記導光路群の出射光を分析して、上記観察対象領域の画像情報を作成する光分析装置とを備えている点火観察システム。【００２２】
第８の発明では、観察用プラグに対して光分析装置を設けることで、観察対象領域の画像情報が作成される。【００２３】
第９の発明は、第８の発明において、上記光分析装置が、上記導光路群の出射光を複数の波長成分に分光し、該波長成分毎に上記観察対象領域の画像情報を作成する。【００２４】
第９の発明では、導光路群の出射光を分光した波長成分毎に観察対象領域の画像情報が作成される。【００２５】
第１０の発明は、第８又は第９の発明において、上記光分析装置が、上記導光路群の出射光を受光する受光面に光を電気信号に変換する変換素子が複数配列された光センサを備え、上記光センサでは、各変換素子が１つの導光路の出射光を受光する。【００２６】
第１０の発明では、導光路群の出射光を受光する光センサにおいて、各変換素子が１つの導光路の出射光を受光する。【００２７】
第１１の発明は、第１０の発明において、上記光センサにおける全ての変換素子は、対応する導光路の出射端からの光路長が等しい。【００２８】
第１１の発明では、光センサにおける全ての変換素子において、対応する導光路の出射端からの光路長が等しくなっている。【００２９】
第１２の発明は、第８乃至第１１の何れか１つの発明において、上記光センサに参照光を照射する光源を備えている。【００３０】
第１２の発明では、光センサに光源からの参照光が照射される。
【発明の効果】
【００３１】
本発明では、放電ギャップから発せられた光が放電ギャップに対面する対物光学系の入射面から取り込まれ、入射面から取り込まれた光を結像させた観察対象領域の像が、導光路群により複数に分離されて伝送される。導光路群の出射光を用いると、観察対象領域が複数画素化される。そのため、観察対象領域の画像を得ることができ、火花放電及び火炎核の位置と形状を観察ことができる。また、対物光学系の入射面が放電ギャップに対面しているので、放電ギャップから発せられる光を多く取り込むことができる。従って、火花放電及び火炎核の位置と形状を良好に観察することができる。【００３２】
上記第２の発明では、観察対象領域が、少なくとも接地電極の部材厚と中心電極の突出長の分だけは放電ギャップよりも広くなる。従って、火炎核が放電ギャップからはみ出す場合であっても、火炎核を観察することができる。【００３３】
上記第４の発明では、対物光学系に入射した光が、同期して導光路群から出射される。また、光路長が等しいので、導光路間における光の減衰率の差異が小さくなる。そのため、導光路群の出射光の分析が容易になる。【００３４】
上記第５の発明では、導光路群における隣接する導光路の間で、観察対象領域において光を取り込む領域が重複することが防止される。そのため、各導光路に対して、対象とする領域以外から観察対象領域の光が入射することが阻止される。従って、観察精度を向上させることができる。【００３５】
上記第６の発明では、放電ギャップで発せられた光が複数の方向から取り込まれるようにしている。従って、放電ギャップを複数の方向から観察することができる。【００３６】
上記第７の発明では、導光路群の導光路数が、放電ギャップを観察する方向に応じて使い分けられる。観察孔の孔径は、導光路群に応じて変えることが可能である。従って、スパークプラグ本体において観察孔を設けることができる領域に制約がある中で、複数の観察孔を比較的容易に設けることができる。【００３７】
上記第１０の発明では、導光路群の出射光を受光する光センサにおいて、各変換素子が１つの導光路の出射光を受光する。光センサの変換素子の数は必要最低限に抑えられる。従って、光センサのコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、点火観察システムの概略構成図である。
【図２】図２は、点火観察装置の構成図である。
【図３】図３は、導光路群の入射面における導光路の配置を示す図である。
【図４】図４は、導光路群の入射面に結像する観察対象領域の像を示す図である。
【図５】図５は、コネクタの正面図である。
【図６】図６は、光計測装置の概略構成図である。
【図７】図７は、その他の実施形態における導光路群の入射面の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００４０】
点火観察システム１００は、スパークプラグの放電ギャップにおける点火時の状況を観察するためのものである。点火観察システム１００では、放電ギャップを中心とする領域が観察対象領域に設定されている。
−点火観察システムの構成−
【００４１】
点火観察システム１００の構成について説明する。点火観察システム１００は、図１に示すように、観察用プラグ１０２と光計測装置１０４と信号処理装置１０６とを備えている。観察用プラグ１０２は、スパークプラグを改造して、対物光学系１０及び導光路群１６を設けたものである。観察用プラグ１０２は、導光路群１６を介して、スパークプラグ本体５０の放電ギャップ６０で発せられる光を燃焼室外へ伝送する。光計測装置１０４は、導光路群１６の一端に設けられたコネクタ２０に接続され、観察用プラグ１０２が伝送した光を光電変換して、光の強度を表す信号を生成する。信号処理装置１０６は、光計測装置１０４の出力信号に基づいて、観察対象領域の画像情報を作成する。信号処理装置１０６は、ユーザインタフェースであるモニタ１０８及び操作入力装置１１０に接続される。光計測装置１０４と信号処理装置１０６は、導光路群１６の出射光を分析して、観察対象領域の画像情報を作成する光分析装置を構成している。本実施形態では、光分析装置が、導光路群１６の出射光を複数の波長成分に分光し、波長成分毎に観察対象領域の画像情報を作成する。
【００４２】
具体的に、観察用プラグ１０２は、スパークプラグ本体５０と対物光学系１０と導光路群１６とコネクタ２０（出射端子）とを備えている。
【００４３】
スパークプラグ本体５０は、中心電極１１と接地電極２の間に高電圧が印加されると、燃焼室に位置する放電ギャップ６０において放電を生じさせて、燃焼室のガスに点火する。スパークプラグ本体５０は、図１及び図２に示すように、中心導電体１２とハウジング部材１と絶縁部材３（碍子）と接地電極２とを備えている。
【００４４】
中心導電体１２は、棒状に形成され、筒状の絶縁部材３の内側に嵌め込まれている。中心導電体１２の両端は、絶縁部材３から露出している。中心導電体１２の一端は、中心電極１１となっている。中心導電体１２の他端は、例えば点火コイルから高電圧パルスが供給される入力端子となっている。
【００４５】
ハウジング部材１は、筒状の導電体からなる。ハウジング部材１の内側には、絶縁部材３が嵌め込まれている。ハウジング部材１は、絶縁部材３の側面の一部を覆う。絶縁部材３は、ハウジング部材１の両端から露出している。ハウジング部材１の放電ギャップ側からは、絶縁部材３が少しだけ突出している。ハウジング部材１の反放電ギャップ側からは、絶縁部材３の半分近くを占める部分が突出している。ハウジング部材１は、内燃機関のスパークプラグ取付孔に着脱自在な外面形状をなす。ハウジング部材１の一端には、導電体からなるＬ字状の接地電極２が接合されている。接地電極２は、中心電極１１との間に放電ギャップ６０を形成する。
【００４６】
ハウジング部材１には、軸方向に貫通する観察孔４（透孔）が設けられている。観察孔４は、スパークプラグ本体５０の先端面において、放電ギャップからずれた位置に設けられている。観察孔４は、スパークプラグ本体５０の先端面において、中心に対して放電ギャップの反対側に設けられている。本実施形態では、ハウジング部材１の貫通孔に嵌め込まれた筒状部材１８の内側が、観察孔４を構成している。
【００４７】
観察孔４の放電ギャップ６０側には、対物光学系１０が固定されている。また、観察孔４には、入力端子側から導光路群１６が挿入されている。導光路群１６は、ハウジング部材１に固定されている。観察孔４では、導光路群１６の光の入射面１６ａが、対物光学系１０の出射面１０ｂの近傍まで到達している。
【００４８】
対物光学系１０は、大部分が燃焼室に露出するように観察孔４に設けられている。対物光学系１０は、観察孔４の放電ギャップ６０側を閉鎖するように、ハウジング部材１に接合されている。従って、燃焼ガスが観察孔４を通って外部へ漏洩することが阻止される。対物光学系１０は、放電ギャップ６０に対面する入射面１０ａから入射した光の進路を曲げて、放電ギャップ６０を中心とする観察対象領域の像を観察孔４内で結像させる。対物光学系１０は、正のパワーを持つ光学系である。
【００４９】
対物光学系１０は、例えば、観察対象領域からの光が最初に入射して入射光の進路を曲げる偏向プリズム７と、偏向プリズム７の出射光を結像させる２枚の結像レンズ８，９とにより構成されている。対物光学系１０では、偏向プリズム７が燃焼室に露出している。偏向プリズム７では、接地電極２の先端から中心電極１１の基端までの範囲を含むように観察対象領域が設定されている。
【００５０】
対物光学系１０は、放電ギャップ６０から発せられる光が入射する入射面１０ａと、観察孔４において導光路群１６に臨む出射面１０ｂとを有している。入射面１０ａは、偏向プリズム７に設けられている。入射面１０ａは、観察孔４の軸に対して傾斜し、放電ギャップ６０に対面している。出射面１０ｂは、２つの結像レンズ８，９のうち後段の結像レンズ９に設けられている。
【００５１】
導光路群１６は、観察孔４に設けられている。導光路群１６は、図３に示すように、複数の独立した導光路１２０により構成されている。導光路群１６は、複数の光ファイバー１２０を束ねることにより構成された光ケーブル（例えば、バンドルファイバー、イメージファイバー）である。導光路群１６では、各導光路１２０の対物光学系１０側の端面（入射面）が同一面上に配置されている。導光路群１６の入射面１６ａは、対物光学系１０の出射面１０ｂに対面し、対物光学系１０の結像面に配置されている。対物光学系１０の出射光は、導光路群１６の各導光路１２０に振り分けられる。導光路群１６は、対物光学系１０が結像させる観察対象領域の像を複数に分離して伝送する。
【００５２】
図４に、導光路群１６の入射端面１６ａに結像される観察対象領域の像を示す。この像には、絶縁部材の像９０３、中心電極の像９１１、及び接地電極の像９１２が含まれている。図４における破線は、導光路１２０の入射面の外周を表している。各導光路１２０は、その入射面に結像した光を伝送する。各導光路１２０は、点火観察対象領域を分割した分割領域から取り込んだ光を燃焼室外へ伝送する。観察対象領域から発せられた光は、対物光学系１０を通過した後に、分割領域ごとに各導光路１２０に振り分けられる。
【００５３】
導光路群１６の対物光学系１０と反対側の端部（出射端）は、光計測装置１０４へ接続するためのコネクタ２０が形成されている。図５に、コネクタ２０を光計測装置１０４側から見た図を示す。コネクタ２０では、複数の導光路１２０が正方格子の格子点に相当する位置に配置されている。
【００５４】
導光路群１６では、全ての導光路１２０について、観察対象領域の物点（各導光路１２０に対応する物点）から導光路１２０の出射面までの光路長が等しくなるように、各導光路１２０の実長が設定されている。これにより、観察対象領域から得られる光学的な情報の同期性が確保される。なお、観察対象領域の物点とは、放電ギャップ６０の中心を通って対物光学系１０の入射面１０ａに平行な面上に位置する点であり、観察対象領域において各導光路１２０が光を取り込む領域の中心点である。
【００５５】
図６に光計測装置１０４の内部構成を示す。光計測装置１０４には、導光路群１６がコネクタ２０を介して接続されている。光計測装置１０４は、導光路群１６の出射光の光軸上に配置された凸レンズ６２０（コリメータ）と、計測対象物質に応じて予め選択された波長（以下、「選択波長」という。）の光の強度を測定するための複数の分光測定ユニット６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃ、・・・、６１０Ｎとを有する。
【００５６】
凸レンズ６２０は、正のパワーを有している。凸レンズ６２０は、導光路群１６の出射光を各マルチアノード型光電子増倍管６１６の受光面に結像させる。
【００５７】
各分光測定ユニット６１０は、導光路群１６の出射光の光軸上に、この光軸に対し所定の角度をなすよう配置されている。分光測定ユニット６１０は、ダイクロイックミラー６１２Ａ、６１２Ｂ、６１２Ｃ、・・・、６１２Ｎと、干渉フィルタ６１４Ａ、６１４Ｂ、６１４Ｃ、・・・、６１４Ｎと、マルチアノード型光電子増倍管６１６Ａ、６１６Ｂ、６１６Ｃ、・・・、６１６Ｎとを備えている。各分光測定ユニット６１０では、選択波長に応じてダイクロイックミラー６１２及び干渉フィルタ６１４の波長特性が選択されている。
【００５８】
本実施形態では、各分光測定ユニット６１０の選択波長が、内燃機関の燃焼室に存在する化学種（混合気中の水素原子、炭素原子、窒素原子、及び酸素原子からなる群より選ばれた原子を含む化学種）の発光に対応する波長になっている。選択波長が、例えば、ＯＨラジカル、ＣＨラジカル、ＣＮラジカル、Ｃ２ラジカルの発光に対応する波長になっている。
【００５９】
なお、各分光測定ユニット６１０の選択波長は、例えばＲＧＢ帯域の波長であってもよい。その場合、分光測定ユニットの出力を総合すればフルカラーの色情報が得られる。また、各分光測定ユニット６１０の選択波長は、水、二酸化炭素等の吸収線に対応する波長帯域から選択してもよい。また、スパークプラグを構成する材料の励起光に対応する波長帯域から選択してもよい。そのほか黒体輻射の光に対応する波長帯域から選択してもよい。
【００６０】
各ダイクロイックミラー６１２は、分光測定ユニット６１０の選択波長を含む所定の帯域の光成分のみを反射させる。各ダイクロイックミラー６１２は、反射させる帯域以外の光成分を透過させる。
【００６１】
各干渉フィルタ６１４は、ダイクロイックミラー６１２の反射光の光軸上に配置されている。各干渉フィルタ６１４は、分光測定ユニット６１０の選択波長の光成分を透過させる。
【００６２】
マルチアノード型光電子増倍管６１６は、導光路群１６の出射光を受光する受光面に光を電気信号に変換する変換素子が複数配列された光センサを構成している。マルチアノード型光電子増倍管６１６は、ダイクロイックミラー６１２の反射光の光軸上に配置されている。マルチアノード型光電子増倍管６１６は、干渉フィルタ６１４を挟んでダイクロイックミラー６１２の反対側に配置されている。図５のマルチアノード型光電子増倍管６１６では、光を電気信号に変換する変換素子が正方行列状に配列されている。マルチアノード型光電子増倍管６１６では、各変換素子が１つの導光路１２０の出射光を受光する。各マルチアノード型光電子増倍管６１６では、全ての変換素子について、対応する導光路１２０の出射端から該変換素子までの光路長が等しくなっている。
【００６３】
図１に示すように、信号処理装置１０６は、光計測装置１０４、モニタ１０８及び操作入力装置１１０との間で信号の授受を行うインタフェースを備えた一般的なコンピュータハードウェアと、そのハードウェア上で動作するプログラム及びデータとにより実現される。コンピュータ自体の動作及び機能については周知であり、ここでは説明を省略する。
【００６４】
信号処理装置１０６は、光計測装置１０４の出力信号の処理及び記録と、ユーザに対する出力とを行う。信号処理装置１０６は、全てのマルチアノード型光電子増倍管６１６の出力信号を用いて、選択波長毎に観察対象領域の画像情報を作成して出力する。
−点火観察システムの動作−
【００６５】
点火観察システム１００が観察対象領域を観察する観察動作について説明する。
【００６６】
ここで、放電ギャップにおいて放電が生じると、まず火炎核が形成される。火炎核が成長すると、その周囲から燃焼が外側へ広がってゆく。すなわち、火炎が外側へ伝播してゆく。観察動作は、火花放電及び火炎核の位置と形状を観察するために行われる。
【００６７】
観察対象領域で発せられた光は、対物光学系１０に入射する。観察対象領域の像は、対物光学系１０の結像面、つまり導光路群１６の入射面１６ａに結像される。導光路群１６は、その入射面１６ａから入射した光を、複数の導光路１２０に分離して伝送する。導光路群１６の出射光は、光計測装置１０４に取り込まれる。
【００６８】
光計測装置１０４では、入射光がまず凸レンズ６２０を通過する。そして、各分光測定ユニット６１０では、ダイクロイックミラー６１２が選択波長を含む光の成分を反射する。凸レンズ６２０の通過光は、複数のダイクロイックミラーにより選択波長毎に分光される。ダイクロイックミラー６１２の反射光は、干渉フィルタ６１４を通過して、マルチアノード型光電子増倍管６１６に到達する。マルチアノード型光電子増倍管６１６は、到達した光成分を逐次的に電気信号に変換して出力する。
【００６９】
ここで、光電子増倍管は、光電変換素子としては時間応答性が高い。そのため、高時間分解能での計測が可能である。光電子増倍管では、観察対象領域で行われるスパーク放電、火炎核の形成、及び火炎の伝播などの短時間の現象の変化に追従して良好に光電変換が行われる。また、光電子増倍管は、量子効率が高い。そのため、高感度の計測が可能である。光電子増倍管では、光量の少ない発光現象であっても、良好に光電変換が行われる。
【００７０】
また、コネクタ２０では、図５に示すように、各導光路１２０の出射面が正方格子の格子点上に配置されている。一方で、各マルチアノード型光電子増倍管６１６では、変換素子が正方行列状に配列されている。各マルチアノード型光電子増倍管６１６では、導光路１２０と変換素子とが１対１で対応するように格子点間隔が設定されている。これにより、各マルチアノード型光電子増倍管６１６では、観察対象領域の各分割領域（図４参照）からの光を１つの変換素子が受光する。マルチアノード型光電子増倍管６１６の各変換素子の出力信号には、単一の分割領域から発せられた光の情報が含まれ、そのマルチアノード型光電子増倍管６１６が属する分光測定ユニットの選択波長の光成分の強度情報が含まれる。
【００７１】
続いて、信号処理装置１０６は、全てのマルチアノード型光電子増倍管６１６の出力信号を用いて、選択波長毎に観察対象領域の画像情報を作成する。信号処理装置１０６が作成した画像情報は、モニタ１０８に表示される。モニタ１０８上の画像では、各分割領域における光の強度が例えば色の濃淡により表される。この画像を見ることで、例えば、火炎核の位置と形状を認識することができると共に、火炎核においてどのような化学種が支配的であるかを認識することができる。なお、選択波長がＲＧＢに対応しているならば、カラー画像が出力される。
【００７２】
なお、マルチアノード型光電子増倍管６１６における変換素子の配列形状が、導光路群１６における導光路１２０の配列形状と異なる場合は、導光路群１６における導光路１２０の配列形状に関する情報を予め保持しておけば、座標変換やデータの並べ替えにより観察対象領域の画像を構成することが可能である。
−実施形態の効果−
【００７３】
上記実施形態では、放電ギャップ６０から発せられた光が放電ギャップ６０に対面する対物光学系１０の入射面１０ａから取り込まれ、入射面１０ａから取り込まれた光を結像させた観察対象領域の像が、導光路群１６により複数に分離されて伝送される。導光路群１６の出射光を用いると、観察対象領域が複数画素化され、観察対象領域の画像を得ることができる。従って、火花放電及び火炎核の位置と形状を観察ことができる。また、対物光学系１０の入射面１０ａが放電ギャップ６０に対面しているので、放電ギャップ６０から発せられる光を多く取り込むことができる。従って、火花放電及び火炎核の位置と形状を良好に観察することができる。
【００７４】
また、上記実施形態では、観察対象領域が、少なくとも接地電極２の部材厚と中心電極１１の突出長の分だけは放電ギャップ６０よりも広くなる。従って、火炎核が放電ギャップ６０からはみ出す場合であっても、火炎核を観察することができる。
【００７５】
また、上記実施形態では、導光路群１６の出射光を受光するマルチアノード型光電子増倍管６１６において、各変換素子が１つの導光路１２０の出射光を受光する。光電子増倍管６１６の変換素子の数は必要最低限に抑えられる。従って、光電子増倍管６１６のコンパクト化を図ることができる。
【００７６】
また、上記実施形態では、観察対象領域から光計測装置１０４までの導光路１２０に、可撓性を有する光ファイバーが用いられている。そのため、内燃機関の振動に対して導光路１２０が損傷しにくい。
【００７７】
また、上記実施形態では、導光路群１６の出射面において、マルチアノード型光電子増倍管６１６の変換素子の配列に併せて、導光路１２０を配列している。従って、観察対象領域から各導光路１２０が光を取り込む領域の位置に変換素子の位置が対応しているので、観察対象領域の画像情報を容易に作成することができる。
《その他の実施形態》
【００７８】
上記実施形態は、以下のように構成してもよい。
【００７９】
上記実施形態において、導光路群１６は、全ての導光路１２０について、対物光学系１０における光の入射面１０ａから導光路１２０の出射端までの光路長が等しくなるように構成してもよい。その場合、対物光学系１０に入射した光が、同期して導光路群１６から出射される。また、光路長が等しいので、導光路１２０間における光の減衰率の差異が小さくなる。そのため、導光路群１６の出射光の分析が容易になる。
【００８０】
また、上記実施形態において、導光路群１６における隣接する導光路１２０の間で、観察対象領域において光を取り込む領域が重複することを防止する重複防止手段を設けてもよい。重複防止手段は、図７に示すように、導光路１２０に設けられた複数の線状部材１２１である。重複防止手段は、導光路群１６において隣接する導光路１２０を離し、導光路１２０間の距離を一定に保持する。この場合、各導光路１２０に対して、対象とする領域以外から観察対象領域の光が入射することが阻止される。従って、観察精度を向上させることができる。
【００８１】
また、上記実施形態のスパークプラグ本体５０において、放電ギャップ６０周りの周方向において互いに異なる位置に観察孔４を複数設け、各観察孔４に対物光学系１０と導光路群１６を設けてもよい。その場合、導光路群１６毎に光計測装置１０４が接続され、全ての光計測装置１０４の出力信号を信号処理装置１０６が処理する。これにより、放電ギャップ６０で発せられる光が複数の方向から取り込まれ、放電ギャップ６０を複数の方向から観察することが可能になる。このような構成の場合に、各観察孔４に設けられた複数の導光路群１６において、導光路１２０の数が異なる導光路群１６が存在するようにしてもよい。導光路群１６の導光路１２０の数が、放電ギャップ６０を観察する方向に応じて使い分けられる。観察孔４の孔径は、導光路群１６に応じて変えることが可能である。従って、スパークプラグ本体５０において観察孔４を設けることができる領域に制約がある中で、複数の観察孔４を比較的容易に設けることができる。
【００８２】
また、上記実施形態において、光センサであるマルチアノード型光電子増倍管６１６に参照光を照射する光源を設けてもよい。
【００８３】
また、上記実施形態では、光計測装置１０４がフィルタバンク方式で波長分解を行ったが、回折格子、プリズムなど波長成分に応じて光を偏向させる光学素子を用いて波長分解を行ってもよい。その場合、コネクタ２０では、各導光路１２０の出射端面が、偏向用の光学素子における偏向面に直交する線上に一列に配置される。また、マルチアノード型光電子増倍管は、アレイ型のものが選ばれ、その素子が偏向用の光学素子における偏向面に直交する線上に一列に配置される。そのほか、波長分解には種々の方式があり、適宜選択可能である。
【００８４】
また、上記実施形態において、各導光路１２０のうち、観察孔４に挿入されている部分が中空筒であってもよい。その場合に、中空筒内に、ロッドレンズや屈折率分布型レンズを挿入してもよい。
【００８５】
また、上記実施形態において、光計測装置１０４と信号処理装置１０６からなる光分析装置が、導光路群１６の出射光を波長分解することなく、そのまま観察対象領域の画像情報を作成してもよい。
【００８６】
また、上記実施形態において、光計測装置１０４が、マルチアノード型光電子増倍管６１６の出力信号を別々に増幅して出力してもよい。
【００８７】
また、上記実施形態において、各導光路１２０が、複数の光ファイバー（例えば、バンドルファイバー、イメージファイバー）により構成されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
以上説明したように、本発明は、燃焼室を観察するための観察用プラグ、及びその観察用プラグから取り込まれる光を分析する点火観察システムについて有用である。
【符号の説明】
【００８９】
１     ハウジング部材
２     接地電極部材
３     碍子
４     透孔
１１  中心電極部材
１２  中心導電体部材
１６  導光路群
１００         点火観察システム
１０２         観察用プラグ
１０４         光計測装置
１０６         信号処理装置
１２０         導光路
６１０         測定ユニット
６１２         ダイクロイックミラー
６１４         干渉フィルタ
６１６         マルチアノード型光電子増倍管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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